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Previous issue date: 2013-07-09 / The purpose of this study is to build a mathematical model to simulate computationally the in human cardiovascular and respiratory systems taking into account some control mecanisms. The motivation to work in this field is to increase the range of cardiovascular scenarios able to be reproduced through models, and also to analyze the hemodynamic variability in multiscale models. This thesis presents two models of the cardiovascular system with self-regulation. The first model is a full lumped parameter model coupling the following the following systems: cardiovascular, pulmonary and respiratory together with local control blood flow, blood pressure control and control of the levels of carbon dioxide and oxygen dissolved in blood. The second model is a multiscale formulation of the cardiovascular system with baroreflex mechanism. Lumped models for components: veins, heart, pulmonary and peripheral circulation and one-dimensional description of blood flow in the arterial tree and a three-dimensional description for one small region of the brain. With the lumped parameters model we study the general behavior in numerical simulations by means of the following disturbances: blood volume reduction, changes of gases composition in atmospheric and run physical exercise like submaximal cycle ergometer exercise test. The multiscale model was used to simulate aortic valve failure together with the presence of a brain aneurysm. The data obtained from numerical simulations with the lumped parameter model is qualitatively consistent when compared with published data from experiments with animals and humans. Finally, the multiscale model, with self-regulation revealed that hemodynamic variability due to the action of control mechanisms has important role in the definition of local hemodynamics. This thesis is the first work to demonstrate the importance of the control mechanisms in the definition of hemodynamic conditions in the context of computational patient-specific blood flow simulations. / O objetivo do presente trabalho é desenvolver um modelo matemático para simular computacionalmente os sistemas cardiovascular e respiratório e alguns de seus principais mecanismos de controle. A motivação para abordar este problema foi aumentar o espectro de cenários cardiovasculares que podem ser simulados, visando uma possível análise da variabilidade hemodinâmica em modelos multiescala. A tese apresenta dois modelos do sistema cardiovascular autorregulado. O primeiro modelo que apresentaremos é uma descrição completa a parâmetros condensados dos sistemas cardiovascular, respiratório e pulmonar acoplados aos modelos de controle local do fluxo sanguíneo, controle da pressão arterial e controle dos níveis de dióxido de carbono e oxigênio dissolvidos no sangue. O segundo modelo é uma formulação multiescala do sistema cardiovascular, o qual emprega: modelos a parâmetros condensados para os componentes: veias, coração, circulação pulmonar e circulação periférica; uma descrição unidimensional do escoamento de sangue na árvore arterial e, ainda, uma pequena região do cérebro a qual tem o escoamento modelado no espaço tridimensional. Com o modelo a parâmetros condensados estudamos o comportamento geral dos sistemas através das seguintes simulações numéricas: redução do volume de sangue, alterações na composição dos gases atmosféricos e prática de exercícios leves a moderados. O modelo multiescala foi empregado para a simulação de insuficiência na valva aórtica junto com a presença de um aneurisma cerebral. Os dados obtidos das simulações numéricas com o modelo a parâmetros condensados mostraram-se qualitativamente coerentes quando comparados com dados publicados provenientes de experimentos com animais e humanos. Por fim, o modelo multiescala autorregulado revelou que a variabilidade hemodinâmica proveniente da ação do mecanismo de controle da pressão arterial apresenta papel importante no estabelecimento do ambiente hemodinâmico local. Este é o primeiro trabalho a levar em consideração os mecanismos de controle na definição das condições hemodinâmicas no contexto de simulações computacionais do escoamento em pacientes específicos.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede-server.lncc.br:tede/172 |
| Date | 09 July 2013 |
| Creators | Trenhago, Paulo Roberto |
| Contributors | Blanco, Pablo Javier, Feijóo, Raul Antonino, Menzala, Gustavo Alberto Perla, Urquiza, Santiago Adrián, Silva, Nelson Albuquerque de Souza e |
| Publisher | Laboratório Nacional de Computação Científica, Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional, LNCC, Br, Serviço de Análise e Apoio a Formação de Recursos Humanos |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do LNCC, instname:Laboratório Nacional de Computação Científica, instacron:LNCC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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